鲁冰花基因组草图发布：探究植物-微生物互作和豆类植物进化

“天上的星星不说话，地上的娃娃想妈妈，夜夜想起妈妈的话，闪闪的泪光鲁冰花”。广为流传的歌谣，唱红了代表母爱的花语——鲁冰花。鲁冰花又名羽扇豆（Lupinus angustifolius)，是豆科，羽扇豆属植物，与其它豆类农作物相比位于系统发育树的基部，是研究豆类植物进化的良好模型。然而羽扇豆与大多数豆类不同，它不存在菌根（真菌与植物根的共生体），这对探究植物-微生物互作有极大的帮助，可能是一个突破口。

研究方法

研究人员对窄叶羽扇豆栽培种Tanjil进行测序，获得其基因组草图，研究豆类植物进化史、分析与菌根和根瘤形成相关的基因、筛选抗病性和驯化相关的候选基因等。

测序方法：

插入片段170, 500, 800bp，paired-end 100bp

插入片段2, 4, 10, 20, 40kb，mate-paired 50bp

测序平台：Illumina

总测序深度162.8×

组装结果：

组装出羽扇豆基因组草图（609 Mb）

contig N50 = 45,646 bp

scaffold N50 = 703 Kb

构建遗传图谱（2,500.8 cM）

研究结果

1基因组注释

研究人员分析了窄叶羽扇豆基因组，发现其中57%为重复序列，并有超过一半的重复序列与已知的转座因子匹配，还在基因组中注释了33076个蛋白质编码基因和占基因组0.1%的非编码RNA。

2转录组整合分析

分析来自五个不同组织的转录组序列，有四个组织的转录组序列的绝大部分（98.5-99.0%，）都能够比对到组装的基因组中，说明组装出的窄叶羽扇豆基因组涵盖了基本完整的gene-rich区域。

3豆科植物比较基因组研究

对另外两个羽扇豆品种83A:476 和 P27255进行 51.5-59.2×重测序，分析SNP和InDel，并比较同源基因，性状相关基因（如抗病、花期、苦味）和驯化相关基因。

基于直系同源基因的同义突变积累分析出羽扇豆和其它蝶形花亚科豆类植物的分离时间为~54.6Mya前，在~24.6Mya前还发生了全基因组三倍化事件（下图）。

4与种植产业相关的表型研究

抗炭疽病

羽扇豆受到的疾病威胁主要来自于炭疽杆菌(Colletotrichum lupini)，而栽培品系Tanjil在11号连锁群上带有一个单显性抗性基因（Lanr1），因而获得了对炭疽病的抗性，在本研究中，Lanr1被精确地定位到Scaffold_133。

无菌根

大多数豆类植物都有菌根和根瘤，这种共生系统能够参与植物固氮，但是羽扇豆却不存在菌根。研究人员在窄叶羽扇豆基因组中发现，它丢失了所有菌根特异性基因，但是保留了与菌根和根瘤形成相关的一些基因。

花期

另外，研究人员还分析了大部分存在于双子叶植物中与花期控制和光信号响应相关的基因和基因家族，某些基因在羽扇豆包括窄叶羽扇豆的基因组发生了缺失，还有些基因只在窄叶羽扇豆基因组中发生了缺失。

植物基因组通常存在大量重复序列现象，如研究中窄叶羽扇豆基因组草图发现了57%重复序列，然而基于二代短读长测序而言，其测序组装策略较复杂，即便如此，其短读长依然无法跨越复杂的重复区域。

如若借助PacBio SMRT测序技术的长读长优势，将有助于得到组装指标更高的羽扇豆基因组，挖据更多复杂的重复序列区域信息，如端粒、中心粒等区域等，基因注释也将更全面准确，可以探究与种植产业表型相关的功能基因，为进化研究提供高质量的参考基础。

武汉未来组基于第三代测序技术的Super solution进行复杂植物基因组组装：使用高通量PacBio Sequel测序仪，借助其长读长优势轻松跨越重复区域，让复杂基因组组装不再是难题！

参考文献：

J. K. Hane, et al., A comprehensive draft genome sequence for lupin (Lupinus angustifolius), an emerging health food: Insights into plant-microbe interactions and legume evolution. Plant Biotechnol J. 2016 Aug 24. doi: 10.1111/pbi.12615. [Epub ahead of print]

本文来源于：Nextomics

欢迎关注中科紫鑫人事招聘相关信息：http://www.ngscn.com/index.php/Job/employ